公布日：2022.12.30
申请日：2022.08.16
分类号：C02F3/28(2006.01)I;C02F5/00(2006.01)I
摘要
本发明公开一种一体化同步生物脱氮与除硬的方法，涉及污水处理技术领域。本发明公开的一体化同步生物脱氮与除硬的方法为：往混酸废水中添加有机碳源，调节COD与TN浓度的比值；启动生物反硝化反应器时投加软化晶核；将废水投加到曝气环境下的生物反硝化反应器中进行处理；再往生物反硝化反应器中连续输入软化晶核和碱性药液，控制反应器内的pH值为9.0-9.5；将生物反硝化反应器的泥水混合液流入沉淀池进行泥水分离。本发明对含有高浓度Ca2+的硝酸盐废水进行处理，在生物反硝化过程中，实现同步生物脱氮与软化除硬，且软化除硬不对生物脱氮产生影响，同时，使反硝化污泥中无机质含量较少，并保持反硝化污泥的活性，减少投入成本。
权利要求书
1.一种一体化同步生物脱氮与除硬的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：S1、往中和沉淀处理后的混酸废水中添加有机碳源，调节有机碳源COD与混酸废水中TN浓度的比值为3.5-4，得待处理的废水；S2、启动生物反硝化反应器（1），然后投加软化晶核；所述生物反硝化反应器（1）内部设置有中心反应筒（2），所述中心反应筒（2）将所述生物反硝化反应器（1）分为反硝化反应区（5）和软化除硬反应区（4），所述中心反应筒（2）内的下部设置有曝气装置（3）；S3、将待处理的废水投加到上述生物反硝化反应器中，在反硝化菌的作用下，将废水中NO3-被转化为N2去除，同时生成HCO3-，并在曝气作用下，与Ca2+反应生成不溶性CaCO3；S4、在生物反硝化反应器稳定运行过程中，再往中心反应筒（2）内连续输入软化晶核和碱性药液，控制反应器内的pH值为9.0-9.5，将有机污泥与CaCO3分离；所述软化晶核为石英砂时，粒径为20μm-200μm；所述软化晶核为方解石时，粒径为50μm-200μm；S5、将生物反硝化反应器的泥水混合液流入沉淀池进行泥水分离，即得上清液。
2.根据权利要求1所述的一体化同步生物脱氮与除硬的方法，其特征在于，所述有机碳源为甲醇、葡萄糖、乙酸钠或其他有机碳中的任意一种或多种。
3.根据权利要求1所述的一体化同步生物脱氮与除硬的方法，其特征在于，所述步骤S2中，软化晶核的投加量为1g/L-10g/L。
4.根据权利要求3所述的一体化同步生物脱氮与除硬的方法，其特征在于，所述步骤S2中，软化晶核的投加量为4g/L-6g/L。
5.根据权利要求1所述的一体化同步生物脱氮与除硬的方法，其特征在于，所述步骤S4中，所述软化晶核的连续输入量为50-80mg/L。
6.根据权利要求1所述的一体化同步生物脱氮与除硬的方法，其特征在于，所述碱性药液为NaOH溶液或Na2CO3溶液。
7.根据权利要求1所述的一体化同步生物脱氮与除硬的方法，其特征在于，所述生物反硝化反应器（1）的水力停留时间为18-36h。
8.根据权利要求1所述的一体化同步生物脱氮与除硬的方法，其特征在于，所述生物反硝化反应器（1）的运行温度为15-35℃。
9.根据权利要求1所述的一体化同步生物脱氮与除硬的方法，其特征在于，所述反硝化污泥的浓度为8-20g/L。
10.根据权利要求1所述的一体化同步生物脱氮与除硬的方法，其特征在于，所述曝气装置（3）的强度为5-10Nm3/m2·h，所述曝气装置（3）的曝气量与所述待处理的废水进水量的比值为5-10。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有同步软化功能的生物反硝化反应器，对含有高浓度Ca2+的硝酸盐废水进行处理，在生物反硝化过程中，实现同步生物脱氮与软化除硬，且软化除硬不对生物脱氮产生影响，同时，使反硝化污泥中无机质含量较少，并保持反硝化污泥的活性，减少投入成本。
为了实现本发明的目的，本发明提供了一种一体化同步生物脱氮与除硬的方法，具体包括以下步骤：
S1、往中和沉淀处理后的混酸废水中添加有机碳源，调节有机碳源COD与混酸废水中TN浓度的比值为3.5-4，得待处理的废水。
该中和沉淀处理后的混酸废水为经pH中和、钙盐沉淀除氟处理后的混酸废水，废水中含有NO3-和Ca2+，其具体水质为：NO3-N浓度高于500mg/L，Ca2+浓度高于300mg/L，pH值为6.5-8。
S2、启动生物反硝化反应器，然后投加软化晶核。所述生物反硝化反应器内部设置有中心反应筒，所述中心反应筒将所述生物反硝化反应器分为反硝化反应区和软化除硬反应区，所述中心反应筒内的下部设置有曝气装置。
S3、将待处理的废水投加到上述生物反硝化反应器中，在反硝化菌的作用下，将废水中NO3-被转化为N2去除，同时生成HCO3-，并在曝气作用下，与Ca2+反应生成不溶性CaCO3。
本发明通过曝气装置将空气充入反应器内，使软化除硬反应区(中心反应筒内部区域)的废水液体与空气接触充氧，并在气流提升作用下，中心反应筒内下部的泥水混合液向上流动，流出中心反应筒后向四周扩散并进入反硝化反应区(中心反应筒内部区域)。同时，在气流提升作用下，反硝化反应区的泥水混合液从下部流入中心反应筒内，即：通过中心反应筒曝气提升，在反应器内形成反硝化反应区和软化除硬反应区混合液循环流动。
本发明中的待处理的废水投加到生物反硝化反应器的反硝化反应区，在反硝化反应区和软化除硬反应区混合液循环流动推动下，向下流动。在反硝化反应区内，在反硝化污泥的作用下，废水中NO3-被转化为N2去除，同时生成HCO3-。反硝化反应区的泥水混合液在循环流推动下进入中心反应筒内的软化除硬反应区，此时水中同时含有Ca2+和HCO3-。通过在中心反应筒内设置曝气提升与CO2吹脱，为软化除硬创造了有利条件，能加速软化反应过程并提高软化除硬效果。
在曝气作用下，一方面，Ca2+和HCO3-反应生成的CO2被迅速驱赶吹脱出液相，可加速CaCO3的生成，如下式(1)所示；另一方面，曝气吹脱去除CO2也能加快HCO3-的水解，如下式(2)所示，由于HCO3-水解产生的OH-量增多，可以提高反应器中混合液pH值，促进CaCO3的生成。也就是说，通过在生物反硝化反应器中设置曝气提升与CO2吹脱，为软化除硬创造了有利条件，能加速软化反应过程并提高软化除硬效果。
S4、在生物反硝化反应器启动反应2-3天后，即生物反硝化反应器稳定运行，然后再往生物反硝化反应器中连续输入软化晶核和碱性药液，控制反应器内的pH值为9.0-9.5，使产生的不溶性CaCO3附着在软化晶核表面，将有机污泥与CaCO3分离；
所述软化晶核为石英砂或方解石，粒径为10μm-500μm。
生物反硝化反应器内生成的不溶性CaCO3会与反硝化污泥夹杂在一起，不能解决有机污泥中含有大量无机质的问题，因此，往生物反硝化反应器中投加软化晶核，晶核的作用是提供表面反应微界面，使软化反应产生的不溶性CaCO3附着在晶核表面，而不是存留在反硝化污泥中。随着富集的CaCO3晶体越来越多，晶核逐渐生长为较大尺寸的颗粒状不溶物。在曝气提升作用下，这些不溶物也随混合液在反硝化反应区和软化除硬区之间循环流动，颗粒状不溶物的尺寸和比重也越来越大。比重较大的不溶物会流入反应器下部定期排出。通过投加晶核的设计，可实现软化除硬生成的大部分无机质与反硝化污泥分离，即软化除硬不会对生物脱氮过程造成影响。
S5、将生物反硝化反应器的泥水混合液流入沉淀池进行泥水分离，即可。
进一步的，所述有机碳源为甲醇、葡萄糖、乙酸钠或其他有机碳中的任意一种或多种。
进一步的，所述步骤S2中，软化晶核的投加量为1g/L-10g/L。
进一步的，所述步骤S2中，软化晶核的投加量为4g/L-6g/L。
进一步的，所述步骤S4中，所述软化晶核的连续输入量为50-80mg/L，该软化晶核的连续输入量与待处理的废水中Ca2+浓度的比值为1：5-1：10。
进一步的，所述碱性药液为NaOH溶液或Na2CO3溶液。碱性药液与软化晶核的同时加入，是为了强化本发明的除硬效果，也可以将软化晶核先与碱性药液混合后，一起投入到生物反硝化反应器中。通过投加碱性药液，将反应器内pH值提高至9.0-9.5，能促进Ca2+和HCO3-反应生成CaCO3。另一方面，由于软化晶核表面存在高浓度碱性药液，能加速CaCO3在其表面结晶，进而提高去除CaCO3的效果。
进一步的，所述生物反硝化反应器的水力停留时间为18-36h。
进一步的，所述生物反硝化反应器的运行温度为15-35℃。
进一步的，所述反硝化污泥的浓度为8-20g/L。
进一步的，所述曝气的强度为5-10Nm3/m2·h，所述曝气的曝气量与所述待处理的废水进水量的比值为5-10。
本发明取得了以下有益效果：
1、本发明在生物反硝化反应器中设置曝气装置，通过曝气提升与气体吹脱，可应用于含有高浓度Ca2+的硝酸盐废水脱氮处理，为进水中Ca2+和反硝化过程生成的HCO3-反应生成CaCO3创造了有利条件，能加速软化反应过程并提高软化除硬效果。
2、本发明中加入软化晶核，在晶核表面提供反应微界面，从而使产生的不溶性附着在晶核表面，而不是留存在反硝化污泥中，实现软化除硬生成的大部分无机质与反硝化污泥分离，即软化除硬不会对生物脱氮过程造成影响，还可提高反硝化污泥有机质含量，降低了反应器水力停留时间、提高了总氮处理容积负荷，反应器抗进水浓度冲击能力得到增强。
3、本发明将生物反硝化反应器通过中心反应筒分为反硝化反应区和软化除硬反应区，并在反应筒内设置曝气装置来提升与气体吹脱，将该反应器应用于含有高浓度Ca2+的硝酸盐废水脱氮处理，为进水中Ca2+和反硝化过程生成的HCO3-反应生成CaCO3创造了有利条件，能加速软化反应过程并提高软化除硬效果。
4、本发明能对中和沉淀处理后的混酸废水中的Ca2+和NO3-有较好的同步去除效果，由于出水Ca2+浓度低，有利于后续进一步深度处理回用，如进行反渗透脱盐回用。
（发明人：肖凡;贾希博;安猛;张荣;胡伟）
